Windkraftanlagen-Spezialist Vestas setzt auch auf 3D-Druck

Vestas ist ein weltweiter Spezialist für Windenergie. Mit mehr als 151 Gigawatt (GW) an Windturbinen in 86 Ländern hat Vestas eine Menge Windkraft installiert. Die Nachhaltigkeitsstrategie von Vestas sieht vor, bis 2040 abfallfreie Windturbinen zu produzieren. Die additive Fertigung trägt dazu bei, dass Vestas sein Nachhaltigkeitsziel einer Netto-Null-Dekarbonisierung bis 2030 erreicht.

Der Kunde

Wenn es um alternative Energietechnologien geht, sind Windturbinen wohl die bekanntesten. Mit einer Höhe von 137-259 m (450-850 ft) und einem Rotordurchmesser von 109-236 m (360-774 ft) dominieren sie ihre Umgebung und sind oft weithin sichtbar. Wenn Sie jemals eine Windturbine gesehen haben, ist es wahrscheinlich, dass sie von Vestas hergestellt wurde.

Vestas begann nach dem Zweiten Weltkrieg in Dänemark als kleiner, familiengeführter Hersteller. Viele Jahre lang baute und lieferte das Unternehmen Hydraulik für leichte Lastwagen. In den 1970er Jahren begann das Unternehmen mit der Entwicklung alternativer Energielösungen und stellte 1979 seine erste kommerzielle Windturbine fertig. Seit 1989 konzentriert sich das Unternehmen ausschließlich auf die Produktion von Windturbinen und entwirft, fertigt, installiert und wartet Windturbinen auf der ganzen Welt. Heute ist Vestas der weltweit größte Hersteller von On- und Offshore-Windturbinen und Windturbinenblättern. Das Unternehmen hat seinen Hauptsitz in Dänemark, mehrere regionale Niederlassungen und mehr als 15 Produktionsstätten weltweit.

Die Herausforderung

Windturbinen sind riesige und teure Maschinen, die zuverlässig und mit minimalen Ausfallzeiten funktionieren müssen, um so effektiv wie möglich zu sein. Das bedeutet, dass es bei der Herstellung und Installation keinen Raum für Fehler gibt. Aus diesem Grund ist Vestas in seinen Produktionsstätten und an den Installationsstandorten auf zahlreiche Prüfgeräte angewiesen. Diese kritischen Werkzeuge wurden bisher auf der Grundlage detaillierter Fertigungsanweisungen von verschiedenen Anbietern in der ganzen Welt beschafft. Die fertigen Teile wurden an die verschiedenen Vestas-Standorte geschickt, auf Konformität geprüft und – nach Freigabe – in Betrieb genommen. Leider entsprachen einige von lokalen Herstellern gelieferte Fertigteile nicht zu 100 % den Spezifikationen und bestanden die Endkontrolle nicht. Dies führte zu Verzögerungen bei der Auslieferung und Installation des Endprodukts.

Selbst wenn die Teile den speziellen Prüfprozess bestanden, wurden die meisten mit zeitaufwändigen und kostspieligen traditionellen Bearbeitungsmethoden und Rohmaterialien hergestellt. Nehmen wir zum Beispiel die Top-Center-Markierungswerkzeuge (TC). Die Herstellung dieser kritischen Werkzeuge, mit denen Vestas das Fußende der Turbinenschaufeln markiert, um die Steigung auszurichten, dauerte normalerweise etwa fünf Wochen. Erschwerend kommt hinzu, dass das Vestas-Team aufgrund der begrenzten Bearbeitungsmöglichkeiten mehrere Versionen des TC-Markierungswerkzeugs bestellen müsste, um eine Reihe von Schaufeln anzupassen. Oder denken Sie an die Blitzspitzenrezeptoren, die Schäden durch Blitzeinschläge verringern sollen. Diese Rezeptoren werden in subtraktiver Fertigung aus Aluminium hergestellt und benötigen mindestens 12 Wochen Produktionszeit.

“Vestas demokratisiert die Fertigung, indem wir sie in die Hände unserer Endanwender legen und gleichzeitig ein zentralisiertes Kontrollmodell beibehalten”, sagt Jeremy Haight, Principal Engineer, Additive Manufacturing & Advanced Concepts, Vestas.

Die Lösung

Das Vestas-Team begann mit der Suche nach alternativen Möglichkeiten zur Verbesserung des gesamten Fertigungsprozesses. Mit der cloudbasierten, KI-gestützten Plattform Digital Forge von Markforged für die additive Fertigung startete das Unternehmen 2021 erfolgreich sein Direct Digital Manufacturing (DDM)-Programm. Das Programm macht die Fertigungsprozesse unabhängig von externen Zulieferern und bietet eine Wissensbasis für die Zusammenarbeit.

Das DDM-Programm umfasst bereits mehr als 2000 Vestas-Teile, die in einem cloudbasierten digitalen Repository von Markforged Eiger gespeichert sind. Dies ermöglicht es Mitarbeitern an jedem Vestas-Standort – mit wenig bis gar keinen Kenntnissen in der additiven Fertigung – schnell nach einer beliebigen Anzahl von faserverstärkten Verbundwerkstoffteilen zu suchen und diese auf ihren lokalen X7- und Verbundwerkstoffteilen auf ihren Onyx One 3D-Druckern zu drucken.

Jeremy Haight, Principal Engineer for Additive Manufacturing & Advanced Concepts bei Vestas, erklärt: “Unser Ansatz ist durchgängig. Wir liefern den physischen Artikel nahezu in Echtzeit an eine Vielzahl von Stellen. Das kommt einer Teleportation am nächsten, glaube ich.”

Dank des Repository weiß das Vestas-Team, dass es jederzeit und überall auf der Welt konsistente, spezifikationsgerechte Teile erhält, ohne dass Spezialisten an den globalen Standorten benötigt werden. Dadurch konnten die Versand- und Frachtkosten sowie die Fertigungsvorlaufzeiten drastisch reduziert werden.

Ein paar Beispiele dafür, wie DDM funktioniert, sind die bereits erwähnten TK-Markierungswerkzeuge und Blitzspitzenrezeptoren. Das TK-Markierungswerkzeug, dessen Herstellung früher Wochen und Tausende von Dollar gekostet hat, wird jetzt in nur wenigen Tagen hergestellt. Und da das Werkzeug aus faserverstärktem Onyx, einem haltbaren, leichten Nylon-Mischmaterial, gedruckt wird, wiegen die ehemals metallischen Teile nun 85 % weniger als zuvor. Was die Blitzspitzenrezeptoren betrifft, so können lokale Blattproduktionsstätten diese aus 3D-gedrucktem Kupfer herstellen, sobald sie benötigt werden. Vestas schätzt, dass die Herstellung jedes dieser Rezeptoren nach der Implementierung etwa zwei Tage dauern wird. Vor allem aber muss sich das Vestas-Team keine Sorgen mehr machen, dass diese oder andere Teile bei Konformitätstests versagen, da sie nach Bedarf und im eigenen Haus anhand exakter digitaler Spezifikationen gedruckt werden. Außerdem wird die Genauigkeit der Werkzeuge mit Markforged Blacksmith für die prozessbegleitende Inspektion, Analyse und Berichterstattung überprüft.

“Wir haben uns für Markforged entschieden, weil das Unternehmen am besten in der Lage war, die End-to-End-Lösung zu liefern, die wir zur Verwirklichung unserer Vision von DDM benötigten”, kommentiert Haight.

Die Zukunft

Vestas sieht DDM als entscheidend für die Entwicklung neuer Produkte und die Verfügbarkeit von Werkzeugen und Endverbrauchsteilen im gesamten Unternehmen an. Im Jahr 2022 wird das Unternehmen mit der Einführung von DDM für die Herstellung von Prüflehren über die Rotorblätter hinaus beginnen, um die On-Demand-Produktion von Lehren an allen 23 Produktionsstandorten zu erleichtern. Vestas hat sich außerdem mit Würth zusammengetan, um ein additives Ökosystem aufzubauen und einen Bestand an Ersatzteilen zu verwalten, die mit der Digital Forge-Plattform hergestellt wurden, um Wartung, Reparatur und Betrieb (MRO) für den lokalen Außendienst und andere Lieferanten zu unterstützen.

Sobald die anfängliche Einführung abgeschlossen ist, wird Vestas seine Aufmerksamkeit auf die Implementierung eines umfassenderen End-to-End-Prozesses an seinen Standorten richten. Das Unternehmen erleichtert es Personen an jedem Vestas-Standort, die über die entsprechenden Berechtigungen verfügen, einen Teilecode zu scannen oder in den Systemen für Enterprise Asset Management (EAM) und Enterprise Resource Planning (ERP) nach einem Teil zu suchen und es automatisch an den richtigen lokalen 3D-Drucker zu senden. Diese zentrale Steuerung von Anwendern, Druckern und der Teileinspektion mit Blacksmith und Eiger Fleet gewährleistet qualitativ hochwertige, leistungsstarke Werkzeuge und Endverbraucherteile, die ihren Zweck erfüllen. Je mehr Vestas die Fertigung mittels additiver Fertigung ins Haus holt, desto schneller werden seine Produkte auf den Markt kommen und desto mehr Zeit und Geld wird das Unternehmen dabei sparen.

Mehr über Vestas finden Sie hier.
Mehr über Markforged finden Sie hier.